Bab 3: Energi Panas dan Termodinamika

Jawaban Benar: B. Termometer Pembahasan: Termometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur suhu suatu benda atau zat. Alat ini bekerja berdasarkan prinsip perubahan volume zat cair (raksa atau alkohol) akibat perubahan suhu. Dengan adanya skala pada tabung termometer, perubahan volume ini dapat menunjukkan nilai suhu secara kuantitatif.

Jawaban Benar: C. K Pembahasan: Satuan suhu dalam Sistem Internasional (SI) adalah Kelvin (K). Satuan ini ditetapkan dengan titik nol mutlak sebagai acuan, yaitu pada suhu di mana partikel berhenti bergerak. Skala Kelvin banyak digunakan dalam bidang sains karena bersifat absolut dan tidak bernilai negatif.

Jawaban Benar: C. Tidak membasahi dinding kaca dan mengilap Pembahasan: Raksa tidak membasahi dinding kaca sehingga permukaannya mudah terbaca dan tidak menempel. Selain itu, raksa memiliki warna mengilap yang memudahkan pengamatan skala. Raksa juga memiliki pemuaian yang teratur sehingga hasil pengukuran lebih akurat.

Jawaban Benar: D. Tidak dapat mengukur suhu tinggi Pembahasan: Kerugian utama alkohol (etanol) sebagai zat pengisi termometer adalah titik didihnya yang relatif rendah (sekitar $78^{\circ }\text{C}$), sehingga tidak bisa digunakan untuk mengukur suhu di atas batas tersebut. Selain itu, alkohol memiliki kekurangan karena membasahi dinding kaca, yang dapat mengakibatkan ketidakakuratan pembacaan. Kelemahan ini membatasi penggunaannya hanya pada pengukuran suhu rendah hingga sedang, sementara air raksa digunakan untuk rentang suhu yang lebih tinggi.

Jawaban Benar: A. Termometer klinis Pembahasan: Termometer klinis digunakan untuk mengukur suhu tubuh manusia dalam rentang sekitar 35°C–42°C. Termometer ini memiliki pipa sempit di dekat reservoir raksa yang mencegah cairan turun dengan cepat, sehingga suhu dapat dibaca dengan stabil. Alat ini umum digunakan oleh tenaga medis untuk mendeteksi demam.

Jawaban Benar: A. 0°C Pembahasan: Titik tetap bawah skala Celsius ditetapkan pada suhu es yang sedang mencair, yaitu 0°C. Angka ini menjadi acuan untuk penetapan skala suhu air pada kondisi standar. Sedangkan titik tetap atasnya adalah suhu air mendidih, yaitu 100°C.

Jawaban Benar: A. Dibutuhkan 4.200 J untuk memanaskan 1 kg air sebesar 1°C Pembahasan: Kalor jenis menyatakan banyaknya energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1°C. Nilai 4.200 J/kg°C menunjukkan bahwa air memerlukan energi cukup besar untuk berubah suhu, menandakan kapasitas panasnya tinggi. Hal ini juga menjelaskan mengapa air efektif digunakan sebagai penyimpan panas.

Jawaban Benar: A. 0,00096 m Pembahasan: - Panjang awal (${\text{L}}_0$) = $1\text{ m}$ - Suhu awal (${\text{T}}_1$) = $20^{\circ }\text{C}$ - Suhu akhir (${\text{T}}_2$) = $100^{\circ }\text{C}$ - Koefisien muai panjang (\alpha$) = $0,000012/^\circ \text{C} 1. Hitung perubahan suhu ($\Delta \text{T}$): $\Delta \text{T}={\text{T}}_2-{\text{T}}_1$ $\Delta \text{T}=100^{\circ }\text{C}-20^{\circ }\text{C}$ $\Delta \text{T}=80^{\circ }\text{C}$ 2. Hitung pertambahan panjang ($\Delta \text{L}$) menggunakan rumus: $\Delta \text{L}={\text{L}}_0\times \alpha \times \Delta \text{T}$ $\Delta \text{L}=1\text{ m}\times 0,000012{/}^{\circ }\text{C}\times 80^{\circ }\text{C}$ $\Delta \text{L}=0,00096\text{ m}$ Jadi, pertambahan panjang logam tersebut adalah $0,00096\text{ m}$.

Jawaban Benar: A. 0,00096 m Pembahasan: - Panjang awal (${\text{L}}_0$) = $1\text{ m}$ - Suhu awal (${\text{T}}_1$) = $20^{\circ }\text{C}$ - Suhu akhir (${\text{T}}_2$) = $100^{\circ }\text{C}$ - Koefisien muai panjang ($\alpha$) = $0,000012{/}^{\circ }\text{C}$ 1. Hitung perubahan suhu ($\Delta \text{T}$): $\Delta \text{T}={\text{T}}_2-{\text{T}}_1$ $\Delta \text{T}=100^{\circ }\text{C}-20^{\circ }\text{C}$ $\Delta \text{T}=80^{\circ }\text{C}$ 2. Hitung pertambahan panjang ($\Delta \text{L}$) menggunakan rumus: $\Delta \text{L}={\text{L}}_0\times \alpha \times \Delta \text{T}$ $\Delta \text{L}=1\text{ m}\times 0,000012{/}^{\circ }\text{C}\times 80^{\circ }\text{C}$ $\Delta \text{L}=0,00096\text{ m}$ Jadi, pertambahan panjang logam tersebut adalah $0,00096\text{ m}$.

Jawaban Benar: B. Zat padat Pembahasan: Pemuaian panjang hanya dialami oleh benda padat karena bentuk dan volumenya tetap. Saat dipanaskan, partikel-partikelnya bergetar lebih cepat dan jaraknya sedikit bertambah. Hal inilah yang menyebabkan benda padat seperti logam menjadi lebih panjang ketika suhu naik.

Jawaban Benar: C. Bertambah Pembahasan: Pemanasan menyebabkan energi kinetik partikel meningkat, sehingga partikel bergerak lebih cepat dan saling menjauh. Akibatnya, jarak antarmolekul bertambah dan benda memuai. Inilah alasan mengapa logam yang dipanaskan dapat memanjang atau membesar.

Jawaban Benar: A. Konduksi Pembahasan: Konduksi adalah perpindahan panas yang terjadi tanpa disertai perpindahan zat. Energi panas berpindah dari partikel yang bersuhu tinggi ke partikel bersuhu rendah. Contoh konduksi adalah ujung sendok logam terasa panas saat digunakan mengaduk air panas.

Jawaban Benar: C. Konveksi Pembahasan: Konveksi terjadi pada zat cair dan gas karena kedua zat ini dapat mengalir. Panas berpindah bersama gerakan partikel zat dari daerah panas ke daerah dingin. Contoh konveksi adalah terbentuknya arus naik-turun pada air yang dipanaskan.

Jawaban Benar: B. Medium Pembahasan: Radiasi merupakan perpindahan kalor melalui gelombang elektromagnetik tanpa memerlukan medium perantara. Energi panas dapat berpindah bahkan di ruang hampa, seperti panas Matahari ke Bumi. Inilah sebabnya radiasi dapat terjadi di luar atmosfer.

Jawaban Benar: A. Cepat Pembahasan: Permukaan berwarna hitam menyerap panas lebih banyak dibandingkan permukaan terang karena menyerap hampir seluruh spektrum radiasi. Itulah mengapa pakaian hitam terasa lebih panas di bawah sinar matahari. Sebaliknya, permukaan mengkilap memantulkan sebagian besar radiasi panas.

Jawaban Benar: B. Mengurangi kehilangan panas secara radiasi Pembahasan: Permukaan mengkilap mampu memantulkan radiasi panas, sehingga panas dari air di dalam termos tidak mudah keluar. Dengan demikian, suhu air tetap terjaga lebih lama. Prinsip ini memanfaatkan sifat reflektif permukaan logam terhadap energi panas.

Jawaban Benar: A. Cepat memuai Pembahasan: Koefisien muai adalah ukuran seberapa besar suatu zat mengalami perubahan panjang atau volume per setiap kenaikan suhu. Zat yang mempunyai koefisien muai lebih besar akan mengalami perubahan ukuran yang lebih besar untuk ΔT yang sama, sehingga dikatakan "cepat memuai". Contoh: logam tertentu memuai lebih cepat daripada keramik karena koef muainya lebih besar.

Jawaban Benar: A. 0°C Pembahasan: Titik lebur es pada tekanan 1 atmosfer adalah 0°C, yang sama dengan 273 K. Pada suhu ini es menyerap kalor laten lebur untuk berubah menjadi air tanpa adanya kenaikan suhu sampai proses pelelehan selesai. Pilihan lain seperti 32°C atau 273°C jelas keliru karena satuan dan nilai tidak sesuai.

Jawaban Benar: B. Lingkungan Pembahasan: Hewan ektoterm (ekotherm) mendapatkan panas tubuh terutama dari sumber luar seperti sinar matahari, permukaan hangat, atau lingkungan sekitarnya. Metabolisme internalnya hanya sedikit menyumbang pemanasan tubuh sehingga mereka mengatur suhu dengan berperilaku (mis. berjemur atau berteduh). Contoh hewan ektoterm: reptil dan banyak amfibi.

Jawaban Benar: C. Mengatur metabolisme tubuh Pembahasan: Hewan endoterm mempertahankan suhu tubuh lewat produksi panas internal (metabolisme), misalnya melalui pembakaran makanan, menggigil, atau meningkatkan aktivitas seluler. Mereka dapat menaikkan atau menurunkan laju metabolisme untuk menjaga suhu tubuh tetap relatif konstan. Selain itu, endoterma juga memakai isolasi seperti bulu atau lemak untuk membantu mempertahankan panas.

Jawaban Benar: C. Kadal mengatur suhu tubuh melalui lingkungan Pembahasan: Perilaku kadal yang berjemur pagi hari dan berteduh siang hari menunjukkan bahwa ia bergantung pada suhu lingkungan untuk mengatur suhu tubuhnya yang merupakan ciri khas hewan ektoterm. Dengan berjemur kadal menyerap panas agar suhu tubuh meningkat; dengan berteduh ia menghindari pemanasan berlebih. Ini bukan tanda endotermisme karena kadal tidak menghasilkan cukup panas metabolik sendiri untuk mengatur suhu internal.

Jawaban Benar: D. Panas berubah menjadi kalor laten Pembahasan: Saat air mendidih pada tekanan tetap, energi panas yang ditambahkan digunakan untuk mengubah fase (dari cair ke uap) atau disebut dengan kalor laten penguapan, sehingga suhu tetap konstan pada titik didih sampai seluruh cairan berubah fase. Karena itu meskipun kita terus memasok panas, suhu tidak naik di atas 100°C (pada 1 atm) sampai proses penguapan selesai. Prinsip ini sama pada semua zat saat mengalami perubahan wujud.

Jawaban Benar: C. 630 kJ Pembahasan: Q = m × c × ΔT = 2 × 4200 × 75 = 630.000 J = 630 kJ.

Jawaban Benar: B. 334.000 J Pembahasan: Kalor lebur es = m × L = 1 × 334.000 = 334.000 J.

Jawaban Benar: D. Pemuaiannya kecil Pembahasan: Gelas memiliki koefisien muai yang relatif kecil sehingga perubahan ukurannya saat menerima air panas tidak besar. Karena pemuaian kaca kecil, tegangan termal yang timbul rendah sehingga gelas tidak mudah retak ketika air panas dituangkan (selama tidak ada perubahan suhu yang sangat ekstrem atau cacat pada gelas). Perlu dicatat bila gelas spesial seperti Pyrex (kaca tahan panas) digunakan, itu juga membantu mengurangi risiko pecah.